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《复合材料夹层结构冲击后压缩性能试验方法》标准立项与发展研究报告

EnglishTitle:ResearchReportontheStandardizationDevelopmentandProjectInitiationof“TestMethodforCompressionAfterImpactofCompositeSandwichStructures”

摘要：

随着高性能纤维复合材料在航空航天、轨道交通、新能源、船舶制造等高端装备领域的广泛应用，复合材料夹层结构因其优异的比强度、比刚度和多功能一体化设计潜力，已成为轻量化结构的关键形式。然而，此类结构在服役过程中易受外来物（如工具掉落、冰雹、跑道碎石等）冲击，引发内部不可见的损伤（如面板分层、芯材压溃、界面脱粘），显著削弱其承载能力，尤其是压缩承载能力，构成潜在安全隐患。因此，科学、准确地评估其冲击后压缩剩余强度，是衡量结构损伤容限、确定设计许用值、保障服役安全的核心环节。本报告旨在系统阐述《复合材料夹层结构冲击后压缩性能试验方法》国家标准的立项背景、战略意义、技术内涵与发展前景。报告指出，当前国内缺乏统一、权威的专项测试标准，导致不同机构数据可比性差，制约了材料研发、结构设计与安全评价的规范化进程。本标准的制定将填补这一空白，其技术内容涵盖方法原理、设备要求、试样制备、冲击预损伤引入、压缩试验流程及结果计算与报告等全链条，旨在建立科学、可重复、可对比的测试体系。该标准的实施将有力支撑《新产业标准化领航工程实施方案》等国家政策，完善复合材料标准体系，促进产业链上下游协同创新，为我国先进复合材料产业的健康、安全和高质量发展提供关键的技术基础与标准保障。

关键词：

复合材料夹层结构；冲击后压缩；剩余强度；损伤容限；试验方法；标准化；高性能纤维复合材料

Compositesandwichstructure;Compressionafterimpact(CAI);Residualstrength;Damagetolerance;Testmethod;Standardization;High-performancefiberreinforcedcomposites

正文

一、立项背景与战略意义

复合材料夹层结构通常由两层相对较薄且高强度的复合材料面板，与一层较厚但密度较低的轻质芯材（如蜂窝、泡沫、波纹板）通过胶粘剂连接而成。这种构造使其在承受弯曲和压缩载荷时表现出极高的效率。然而，其面板对外来物冲击极为敏感。冲击事件往往不会在表面留下明显痕迹，却会在内部造成大范围的分层、芯材塌陷或界面脱粘等损伤。这些“目视勉强可见损伤”会严重破坏结构的完整性，导致其压缩承载能力（即冲击后压缩剩余强度）急剧下降，成为结构在压缩载荷下失效的潜在隐患。

因此，复合材料夹层结构冲击后压缩性能的测试与评价，远非简单的材料性能测试，而是关乎结构安全性与可靠性的关键表征手段。其核心目的与意义体现在以下多个维度：

1.保障服役安全与可靠性：该测试是评估结构损伤容限的直接方法。通过量化冲击损伤对压缩极限载荷的影响，可以为关键承力部件（如飞机机翼、卫星支架、风电叶片主梁）的设计提供至关重要的安全边界和数据依据，确保其在遭受意外冲击后仍能安全运行。

2.指导材料与工艺研发：测试结果为胶粘剂性能优化、面板铺层设计、芯材选型以及制造工艺（如共固化、二次胶接）的改进提供了明确的性能对标和验证手段。有助于开发出抗冲击性能更优的新材料与新构型。

3.支撑数字化设计与分析：获得的试验数据是进行结构应力分析、失效模拟和数值仿真（如有限元分析）不可或缺的输入参数和验证基准，能够提高设计精度，减少对保守设计的依赖，进一步实现减重增效。

4.完善标准体系与促进产业协同：目前，国内关于夹层结构的性能测试标准（如全国纤维增强塑料标准化技术委员会（SAC/TC39）归口的GB/T1452《夹层结构平拉强度试验方法》、GB/T1453《夹层结构或芯子平压性能试验方法》等系列标准）主要针对无损状态下的基本力学性能。专门针对“冲击后压缩”这一特定工况的测试方法标准尚属空白。本标准的制定将与现有标准协调配套，形成从材料基础性能到结构损伤态性能的完整测试标准链，解决因测试方法不统一导致的数据不可比问题，促进原材料供应商、构件制造商和终端用户之间的高效技术沟通与质量认定。

5.响应国家产业政策导向：本标准的立项与研制紧密契合国家多项重大战略规划：

*符合《新产业标准化领航工程实施方案（2023─2035年）》中“专栏3新材料”对“高性能纤维复合材料”的标准领航要求。

*对接《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024年版）》，将标准作为支撑